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Stromversorgungseinrichtung für eine Blitzlampe Die Erfindung bezieht
sich auf eine-Stromversorgungseinrichtung für eine quasikontinuierlich mittels einer
periodischen Impulsfolge betriebene Blitzlampe.
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Blitzlampen werden u.a. als Pumpenergiequelle für das stimulierbare
Medium von Molekularverstärkern, insbesondere optischen Molekularverstärkern verwendet.
Die im allgemeinen für solche Blitzlampen benötigte hohe Zündspannung einerseits
und die relativ hohe Blitzenergie andererseits führenzu einem außerordentlich hohen
Aufwand für die Stromversorgungseinrichtung einer solchen Blitzlampe. Bei bekannten
Anordnungen besteht die Stromversorgungseinrichtung aus drei Stromkreisen, nämlich
einem primären Ladekreis, einem sekundären, die Blitzlampe enthaltenden Entladekreis
und einem Zündkreis mit einem Zündtransformator. Dabei enthält.
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der primäre Ladekreis zunächst eine die Wechselspannung in eine Gleichspannung
umformende Gleichrichterschaltung sowie einen Ladekondensator, in den die für die
Auslösung eines Lichtblitzes erforderliche elektrische Energie zunächst eingespeichert
wird. Die Entladung dieses Kondensators und damit das Betätigen der Blitzlampe erfolgt
über einen auf der Primärseite des Zündtransformators vorgesehenen Schalter, der
beim Schließen des primären Stromkreises des Zündtransformators die Zündung der
Blitzlampe im Entladekreis und damit die Entladung des Ladekondensators über die
Blitzlampe auslöst. Die Leistungsregelung für die Blitzlampe,auf die gerade bei
ihrer Verwendung als Pumpenergiequelle bei einem Molekularverstärker nicht verzichtet
werden kann, muß bei einer solchen Anordnung
im Gleichrichterteil
des primären Ladekreises erfolgen und stellt minen zusätzlichen erheblichen Aufwand
für eine solche Stromversorgungseinrichtung dar.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Stromversorgungseinrichtung
der einleitend beschriebenen Art eine weitere Lösung anzugeben, die bei wesentlich
einfacherer Gestaltung des Schaltungsaufbaus eine einfache Leistungsregelung ermöglicht.
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Ausgehend von einer Stromversorgungseinrichtung für eine quasikontinuierlich
mittels einer periodischen. Impulsfolge betriebene Blitzlampe, insbesondere einer
als Pumpenergiequelle für das stimulierbare Medium eines Molekularverstärkeres verwendeten
Blitzlampe,wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ein- Sperrschwinger
vorgesehen ist, der einen Übertrager mit wenigstens zwei Wicklangen, eine Primär-
und eine Sekundärwicklung,auftJeist,und-dan dabei die Primärwicklung in Reihe mit
einem steuerbaren Schalter und einer Wechselspannungsquelle den Primärstromkreis
und die Sekundärwicklung zusammen mit der ihr parallel angeschalteten Blitzlampe,
gegebenenfalls in Reihe mit einem Gleichrichter, dessen Polarität im Sinne eines
Sperrbetriebs des Sperrschwingers -festgelegt ist, den Sekundärstromkreis bildet.
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Der Erfindung- liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei Verwendung eines
SperrschxAngers der für den -primären Lade-und den sekundären Entladekreis benötigte
Sbertrager gleichzeitig als Zündtransformator Verwendung finden kann. Di-e Verwendung
eines durch den Ubertrager des Sperrschwingers gegebenen induktiven Speichers anstelle
eines kapazitiven Speichers- -eriröglicht darüber hinaus einen Verzicht auf
eine
Gleichrichtung der grundsätzlich zur Verfügung stehenden Netzwechselspannung, so
daß sich ein außerordentlich einfacher Gesamtaufbau ergibt.
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Die Einführung einer Leistungsregelung ist bei der erfindungsgemäßen
Stromversorgungseinrichtung dadurch mögliches daß mit Hilfe des steuerbaren Schalters
die vom Netz angebotene elektrische Leistung dem induktiven Speicher im Bereich
einer Halbwelle der Wechselspannung bzw. des Wechselstromes in dosierter Form im
Sinne eines Phasenschnittes zugeführt wird. Zweckmäßig wird hierzu der Steuereingång
des steuerbaren Schalters mit dem Ausgang eines eine bipolare Steuerimpulsfolge
liefernden, von der Wechselspannung der Wechselspannungsquelle synchronisierten
Steuergenerators verbunden. Dabei ist die Impulsfolgefrequenz der bipolaren Steuerimpulsfolge
gleich der n-fachen (für n = 1, 2...) Frequenz der Wechselspannung zu wählen. Die
Impulsdauer beträgt maximal, nämlich bei n = 1, eine halbe Periode der Wechselspannung.
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Eine Frequenzverdoppelung der in der Blitzlampe ausgelösten Lichtblitze
gegenüber der Frequenz der primärseitigen Wechsel spannung läßt sich in einfacher
Weise dadurch herbeiführen, daß der Übertrager-des Sperrschwingers eine Primärwiclclung
mit Mittelabgriff aufweist, der zwei steuerbare Schalter in Reihe parallelgeschaltet
sind. Dabei ist die Wechselspannungsque,lle im Verbindungsweg zwischen dem Mittelabgriff
der Primärwicklung und dem gemeinsamen Verbindungspunkt der beiden Schalter angeordnet,
während der Ausgang des Steuergenerators mit dem Steuereingang des - einen Schalter-
unmittelbar und mit dem Steuereingang des anderen Schalters über ein die Phase um
180° drehendes
Phasendrehglied verbunden ist.
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Als steuerbare Schalter eignen sich in besonderer Weise Thyristoren,
die bekanntlich für große Ströme ausgelegt sein können und hohe Sperrspannungen
vertragen.
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Gerade im Hinblick auf die Verwendung Von Thyristoren ist es zweckmäßig,
daß jeder bipolare Impuls der bipolaren Impulsfolge des Steuergenerators aus einem
ersten Nadelimpuls einer vorgegebenen Polarität und einem in einem vorgegebenen
Zeitabstand auf den ersten Nadelimpuls folgenden zweiten Nadelimpuls entgegengesetzter
Polarität besteht.
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Die Durchführung einer Leistungsregelung, wie auch einer Regelung
der Phase der Lichtblitze relativ zur Phase der primärseitigen Wechselspannung,
kann in einfacher Weise dadurch erzielt-ferden, daß die Dauer eines bipolaren Impulses
bzw. der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nadelimpulsen unterschiedlicher
Polarität sowie die Zeitlage eines bipolaren Impulses relativ zur Phasenlage der
Wechselspannung im Bereich einer Halbperiode einstellbar ausgeführt wird.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht der Steuergenerator
aus einem impulsformenden Netzwerk, an dessen Eingang die Wechselspannungsquelle
angeschaltet ist und bei dem in einer ersten Puisformerstufe aus der Wechselspannung
eine Impulsfolge der Frequenz der Wechsel spannung oder einem Vielfachen dieser
Frequenz abgeleitet wird. Dabei ist der Ausgang der Pulsformerstufe einerseits unmittelbar
mit
dem einen Eingang und andererseits mittelbar über ein erstes Phasendrehglied mit
dem anderen Eingang eines B-MESH-verstärkers verbunden, dessen Ausgang wiederum
über ein zweites Phasendrehglied hinweg den Ausgang des Steuergenerators abgibt.
Um am Ausgang des Steuergenerators eine bipolare Impulsfolge zu erhalten, ist. in
diesem Falle einer der beiden Eingänge des Summenverstärkers ein invertierender
Eingang. Die gesmnschte Leistungsregelung bzw.
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Phasenregelung läßt sich hier in vorteilhafter Weise durch einstellbare
bzw. steuerbare bzw. umschaltbare Ausführung der Phasendrehglieder erreichen.
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Für manche An,wendungszwecke ist es erwünscht, die Phasenlage der
Steuerimpulse innerhalb einer Wechselspannungsperiode mit einem äußeren Ereignis
zu synchronisieren. Ausgehend von dem geschilderten bevorzugten Au'sführungsbeispiel
für einen Steuergenerator läßt sich eine solche Synchronisierung mit Hilfe einer
zusätzlichen Phasenvergleich.sschaltung mit zwei Eingängen und einem Steuerausgang
verwirklichen, von denen der Steuerausgang mit dem Steuereingang und der erste Eingang
mit dem Ausgang des zweiten Phasendre.hgliedes verbunden ist, während am zweiten
Eingang das Synchronisiersignal ansteht. Soll weiter durch das genannte periodische
Synthronisiersignal die am Ausgang des Steuergenerators auftretende Impulsfolge-in
ihrer Folgefrequenz hinsichtlich der Frequenz der primärseitigen Wechselspannung
herabgesetzt sein, so ist hierzu im Verbindungsweg zwischen dem Ausgang des zweiten
Phasendrehgliedes und dem Ausgang des Steuergenerators lediglich ein steuerbarer
Schalter anzuordnen, dessen Steuereingang dem zweiten Eingang der
Phasenvergleichsschaltung
parallel angeschaltet ist.
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Die Abmessungen des den induktiven Speicher darstel.lenden Übertragers
des Sperrschwingers sind von der Größe der für einen Blitz von der Blitzlampe benötigten
elektrischen Energie abhängig. Diese Abmessungen lassen sich dann in vorteilhafter
Weise in relativ kleinen Grenzen halten, wenn die Blitzlampe für eine Blitzenergie
in der Größenordnung < 10 Wsec ausgelegt ist.
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An Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen soll
die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeuten
Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer Stromversorgungseinrichtung nach der, Erfindung,
Fig. 2 ein Zeitdiagramm der wesentlichsten, in der ARQrdnung nach Fig. 1 bei Betrieb
auftretenden Spannungen und Ströme, Fig. 3 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für
einen Steuergenerator nach der Erfindung, Fig. 4 eine Weiterbildung des Steuergenerators
nach Fig. 3, Fig. 5 ein weiteres Prinzipschaltbild für eine Stromversorgungseinrichtung
nach der Erfindung.
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Die Stromversorgungseinrichtung nach Fig. 1 weist einen Übertrager
U auf, dessen Primärwicklung sich in Reihe mit dem Schalter S und der Wechselspannungsquelle
N zum Primärstromkreis schließt. Der Sekundärazicklung des Ubertrager.s u ist die
Reihenschaltung aus dem Gleichrichter ;L- mit der Blitzlampe Bl parallel angeschaltet.
In all den Fällen,
in denen die Elektrodenstrecke der Blitzlampe
bei Beginn einer neuen Energiespeicherung auf der Primärseite des Übertragers U
mit Sicherheit bereits wieder nichtleitend ist, kann der Gleichrichter entfallen,
da die Sekundärspannung während dieses Vorgangs nicht ausreicht, die Blitzlampe
zu zünden und insoweit der gelJünschte Sperrbetrieb des Sperrschwingers ebenfalls
gewährleistet ist. Der Steuer eingang des steuerbaren Schalters S ist mit dem Ausgang
eines SteueVgenerators SG verbunden, der über einen Eingang an die Wechselspannungsquelle
angeschaltet ist. Weiterhin weist der Steuergenerator SG zwei Steuereingänge für
Steuersignale Sti und St2 auf. Mittels dieser -7teuersignale St1 und St2 lassen
sich einerseits eine .Leistungsregelung hinsichtlich des die Blitzlampe- darstellenden
Verbrauchers und andererseits eine Phasenregelung der eine bipolare Steuerimpulsfolge
darstellenden Spannung us am Ausgang des Steuergenerators SG herbeiführen.
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In Fig. 1 ist ferner die Wechselspannung mit un, der in der Primärwicklung-
des Übertragers U fließende Strom mit il und die an der Sekundärwicklung auftretende
Spannung mit u2 bezeichnet.
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Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise der Schaltung nach Fig.
1 sind in Fig. 2 über der Zeit von oben nach unten die Wechselspannung un, die Steuerspannung
us, der primäre Strom i1 und die sekundäre Spannung u2 dargestellt.
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Der Steuergenerator SG, der praktisch ein aktives Impulse fortlernetzwerk
darstellt, leitet aus der sinusförmigen Wechselspannung Un bipolare Impulse in Form
von zwei in gex1issem Abstand aufeinanderfolgenden Nadelimpulsen gegensinniger Polarität
ab. Die Phasenlage dieser bipolaren
Impulse zur Phasenlage der Wechselspannung
Un ist so festgelegt, daß die bipolaren Impulse jeweils im Bereich einer positiven
Halbwelle der Wechselspannung liegen. Mit dem Auftreten eines positiven Nadelimpulses
wird der beispielsweise einen Thyristor darstellende Schalter S geschlossen und
es beginnt ein Strom ; durch die Primärwicklung des Übertragers Ü zu fließen, der
hierbei im wesentlichen kontinuierlich ansteigt, und zwar so lange, bis der zweite
Nadelimpuls mit negativer Polarität den Thyristor sperrt. Im Zeitbereich, in dem
durch die Primärwicklung der Strom i1 fließt, ist die Last an der Sekundärwicklung
gleich null, weil der Gleichrichter Gl unabhängig davon, ob die Elektrodenstrecke
der Blitzlampe leitend ist oder nicht; durch die in diesem Zeitbereich rechteckförmige
positive Spannung u2 in Sperrichtung vorgespannt wird. Mit dem Sperren des Stromes
i1 durch Öffnen des Schalters S kehrt sich die Spannung u2 an der Sekundärwicklung
des Übertragers U um und die in den Übertrager U eingespeicherte Energie entlädt
sich über den nunmehr in Durchlaßrichtung vorgespannten Gleichrichter Gl in der
Blitzlampe Bs. Die der Verlauf der Spannung u2 erkennen läßt, entsteht beim Abschalten
des Stromes i1 eine sehr hohe negative induktive Spannungsspitze, die im Sinne eines
Zündimpulses die Blitzlampe zündet und damit die Entladung über die Blitzlampe auslöst.
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Wie Fig. 2 erkennen läßt, kann einerseits durch die relative Phasenlage
der Nadelimpulse der Steuerspannung u5 zur Wechselspannung un und andererseits durch
die Wahl des Abstandes zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nadelimpulsen unterschiedlicher
Polarität in weiten Grenzen eine Leistungsregelung durchgeführt werden.
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Ein Ausführungsbeispiel für einen, eine solche Leistung; regelung
ermöglichenden Steuergenerator SG nach Fig. 1 zeigt Fig. 3. Die ihm über den einen
Eingang zugeführte Wechselspannung un wird zunächst in eine Pulsformerstufe PF in
positive oder auch negative Nadelimpulse mit einer mit der Frequenz der Wechselspannung
übereinstimmenden Folgefrequenz umgewandelt. Zlreckmäßig wird dabei eine Anordnung
venrendet, die die Nadelimpulse aus dem Nulldurchgang der Wechsel spannung in einer
bestimmten Richtung ableitet. Die Impulsfolge.am Ausgang der Pulsformerstufe PF
wird einmal unmittelbar dem einen Eingang, und zwar dem nichtinvertierenden Eingang
(+) und zum anderen ueber das Phasendrehglied Ph1 dem anderen Eingang, und zwar
einem invertierenden Eingang (-) eines Summenverstärkers SV zugeführt, an dessen
Ausgang die.gexfunschte bipolare Impulsfolge auftritt. Zwischen dem Ausgang des
SummenverstUrkers SV und dem eigentlichen Ausgang des Steuergenerators ist ein zrfeites
Phasendrehglied Ph2 angeordnet. Die beiden Phasendrehglieder Ph1 und Ph2 sind jeweils
steuerbar mit einem Steuereingang ausgeführt. Am Steuereingang des Phasendrehgliedes
Ph1 liegt das Steuersignal St1 und am Steuereingang des Phasendrehgliedes Ph2 das
Steuersignal St2 an. Mit Hilfe des Steuersignals St1 läßt sich der Abstand zwischen
zwei aufeinanderfolgenden Nadelimpulsen unterschiedlicher Polarität und mit Hilfe
des Steuersignals St2 die relative Phasenlage zwischen der Wechselspannung un und
der Steuerspannungu nach Fig. 2 einstellen.
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Die in Fig. 4 dargestellte Weiterbildung des Steuergenerators nach
Fig. 3 ermöglicht mit Hilfe des Steuersignals St2 eine Synchronisation sowohl der
Phasenlage der bipolaren
Impulse als auch ihr Auftreten am Ausgang
des Steuergenerators in Abhängigkeit eines äußeren Ereignisses, sofern dieses Ereignis
einerseits periodischen Charakter hat und andererseits synchron zur Wechselspannung
un auftritt.
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Hierzu ist der Steuergenerator nach Fig. 3 in Fig. 4 zusä-tzlich mit
einer Fhasenvergleichsschaltung PhV und einem steuerbaren Schalter SO ausgerüstet.
Der Schalter SO ist im Verbindungsweg zwischen dem Ausgang des zweiten Phasendrehgliedes
Ph2 und dem Ausgang des Steuergenerators SG angeordnet. Die Phasenvergleichsschaltung
PhV hat zwei Eingänge und einen Steuerausgang. Ihr Steuerausgang ist mit dem Steuereingang
des zweiten Phasendrehgliedes Ph2 und ihr einer Eingang mit dem Ausgang dieses Phasendrehgliedes
verbunden. Der andere Eingang der Phasenvergleichsschaltung bildet zusammen mit
dem Steuereingang des Schalters SO den Steuereingang für das Steuersignal St2.
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Bei Verwendung von Thyristoren als Schalter wird im allgemeinen ein
in seiner Amplitude größerer Schaltimpuls zu seiner Sperrung benötigt als zu seinem
Schließen. Diesem Sachverhalt kann beim Steuergenerator SG nach den Fig. 3 und 4
in einfacher Weise dadurch Rechnung getragen werden, daß im Verbindungsweg des Ausgangs
der Pulsformerstufe PF und dem invertierenden Eingang (-) des Summenverstärkers
eine Verstärker stufe eingefügt wird.
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Auch kann das erste Phasendrehglied Ph1 umschaltbar ausgeführt sein,
wenn die elektrische Energie für die Blitzlampe B1 zwischen zwei vorgegebenen Werten
umgetastet werden soll.
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Die Fig. 5 zeigt ein weiteres Prinzipschaltbild für eine Stromversorgungseinrichtung
nach der Erfindung, bei dem im Gegensatz zur Prinzipschaltung nach Fig. 1 beide
Halbellen der Wechselspannung un für den sekundären Entladekreis nutzbar gemacht
werden. Zu diesem Zweck weist der Ubertrager U' auf der Primärseite eine Primärxzicklung
mit einem Mittelabgriff auf. Außerdem ist der Primärwicklung die Reihenschaltung
zweier im Regelfalle aus Thyristoren bestehenden Schalter S1 und S2 parallelgeschaltet.
Die Wechselspannungsquelle N ist dabei im Verbindungsweg zwischen dem gemeinsamen
Verbindungspunkt der beiden Schalter und dem Mittelabgriff angeordnet. Die gegensinnige
Steuerung der Schalter S1 und 82 läßt sich hier bei gleich aufgebautem Steuergenerator
SG entsprechend den Fig. 1 bis 4 in einfacher Weise dadurch herbeiführen, daß die
Steuerspannung u5 an seinem Ausgang dem Steuereingang des Schalters S2 unmittelbar
und dem Steuereingang des Schalters S1 über ein die Phase der Steuerspannung um
1800 drehendes Phasendrehglied Ph3 zugeführt wird.
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